JP4450529B2 - シーム接合方法及び装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、水晶振動子、電子部品などをパッケージのケース内に収め、そのケースとリッド(蓋)とをシーム接合するシーム接合方法及び装置に関する。
【0002】
【従来技術】
水晶発振子や半導体素子は外界の影響を受け易いので、パッケージで気密封止されるものが多い。このようなパッケージの内、角形ケースの封止は並行に配置されたロール状電極がリッドの仮付けされた角形ケース上を往復するパラレルシーム溶接により行われることは広く知られている。このような封止を行う設備としては、特許第2561595号公報で開示されたものがあり、大きく分けて図2に示すように、角形ケースを加熱して角形ケースや回路素子からガスなど発散させて除去するためのベーキング炉11、ベーキングされた角形ケースや回路素子の酸化を防ぐために窒素ガスの充満したカセット供給部12、角形ケースと角形リッドとを組み合わせ、仮付けし、シーム溶接する封止部13、及びパッケージを排出するための排出部14からなる。
【0003】
ベーキング炉11は、各トレイの規則正しく並んだ小さい各凹所に収納された多数の角形ケースを、マガジン15に複数積載したトレイごと所定の温度に加熱処理、つまりベーキングすることにより、角形ケースや回路素子からガスなどを発散させて除去し、長期にわたって所望の特性を確保するためのものである。なお、ベーキング炉11は真空又は窒素ガス雰囲気に保持される。
【0004】
マガジン15に積載された複数のトレイ16は、ベーキング炉11からカセット供給部12に一旦入れられる。ベーキング炉11から取り出されたばかりの角形ケースや回路素子は200℃強程度に加熱されるために温度が高く、カセット供給部12はそれらの酸化を防ぐために窒素ガスが充満されている。このカセット供給部12内で、送り出し機構12Aによりトレイ16が1個づつ封止部13の搬送手段17に送り出される。封止部13は窒素ガスが充満されており、その中には搬送手段17に沿って、角形ケースに角形リッドを移載し位置合わせすると共に仮付けを行う機構18、仮付けされた角形ケースと角形リッドのY軸方向の2辺をシーム接合するY軸方向接合機構19、角形ケースと角形リッドのX軸方向の2辺をシーム接合するX軸方向接合機構20などが備えられている。そして、封止部13でシーム接合されたパッケージは排出部14に排出される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述のような従来のシーム接合装置にあっては、回路素子などを収納したケースをベーキングした後に、封止部13でケースにリッド(蓋)を組み合わせてシーム接合するために、リッドはベーキングされない。また、ケースのベーキング温度はケース内に固定された素子やハンダなどの関係から200℃強に制限せざるを得ない。実験によると、ケースとリッドとをシーム接合するときには、一対の電極間のリッドを溶接電流が流れるためにリッドや、ケースとリッドとの接合箇所の温度が300℃以上に上昇し、この際にケースやリッドに施されたメッキ膜、内部のハンダなどからガスが発生することが分かった。この実験結果を示すのが図3であり、パッケージの温度に対する各放出ガス量の変化を示している。この図では放出ガス量の多い水分、炭酸ガス、窒素ガスと一酸化炭素について示しているが、いずれも200ないし300℃の範囲にピークがあることが分かる。そしてシーム接合時には、リッドや、ケースとリッドとの接合箇所の温度は前記ピーク値よりも上昇することも分かっている。したがってこの図は、シーム接合時にリッドや、ケースとリッドから特性に悪影響を与えるガスが放出されることを如実に示している。
【0006】
また、前述とは別にシーム接合を真空中で行う従来例もあるが、この場合にはシーム接合作業雰囲気の真空圧力の上昇を招き、つまり真空の程度を悪化させ、このことがパッケージ内の真空特性を悪くし、その品質を低下させるという問題もある。これを防ぐためには、真空吸引能力を大幅に増大させるか、又は真空吸引時間を大幅に長くしなければならず、前者の場合にはコストアップと装置の大型化を招き、また後者の場合には真空圧力を所定の低い値に達するまでシーム接合作業を待たねばならず、生産性がかなり低下するという問題がある。
【0007】
したがって、本発明はガスの発生量を低く抑えることはできないものの、比較的小型で安価な設備で、生産性を低下させることなくリッドとケースとを完全に封止した後のパッケージ内に存在するガス量をできる限り少なくし得るシーム接合方法及び装置を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、請求項1の発明は、パッケージのケースとリッドとをシーム接合する方法であって、前記パッケージの前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までをシーム接合する第1のシーム接合工程を大気中又は窒素雰囲気中で行い、前記パッケージの前記ケースを加熱処理するベーキング工程を真空中で行い、しかる後に前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分をシーム接合する第2のシーム接合工程を真空中で行うことを特徴とするシーム接合方法を提案する。
【0009】
請求項2の発明は、上記課題を解決するため、パッケージのケースとリッドとをシーム接合する方法であって、前記パッケージの前記ケースを加熱処理するベーキング工程を真空中で行い、前記ベーキング工程で加熱処理された前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までをシーム接合する第1のシーム接合工程を窒素雰囲気中で行い、しかる後に前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分をシーム接合する第2のシーム接合工程を真空中で行うことを特徴とするシーム接合方法を提案する。
【0010】
請求項3の発明は、上記課題を解決するため、請求項1又は請求項2において、前記第2のシーム接合工程でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さは、前記第1のシーム接合工程でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さと同等若しくは短いことを特徴とするシーム接合方法を提案するものである。
【0011】
請求項4の発明は、上記課題を解決するため、前記第1のシーム接合工程よりも前に前記ケースと前記リッドとを仮付けすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のシーム接合方法を提案する。
【0012】
請求項5の発明は、上記課題を解決するため、パッケージのケースとリッドとをシーム接合する装置であって、前記パッケージの前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までを大気中又は窒素雰囲気中でシーム接合する第1のシーム接合機構と、前記パッケージの前記ケースを真空中で加熱処理するベーキング炉と、前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分を真空中でシーム接合する第2のシーム接合機構と、を有することを特徴とするシーム接合装置を提案するものである。
【0013】
請求項6の発明は、上記課題を解決するため、パッケージのケースとリッドとをシーム接合する装置であって、前記パッケージの前記ケースを真空中で加熱処理するベーキング炉と、前記ベーキング炉で加熱処理された前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までを窒素雰囲気中でシーム接合する第1のシーム接合機構と、前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分を真空中でシーム接合する第2のシーム接合機構と、を有することを特徴とするシーム接合装置を提案するものである。
【0014】
請求項7の発明は、上記課題を解決するため、請求項5又は請求項6において、前記第2のシーム接合機構でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さは、前記第1のシーム接合機構でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さと同等若しくは短いことを特徴とするシーム接合装置を提案する。
【0015】
請求項8の発明は、上記課題を解決するため、前記ケースと前記リッドとがシーム接合されるよりも前に前記ケースと前記リッドとが仮付けされることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載のシーム接合装置を提案するものである。
【0019】
【発明の実施の形態及び実施例】
この発明の実施例を説明する前にこの発明の基本的な技術思想について説明すると、パッケージのケースとリッドの周囲を途中まで、好ましくは半分以上をシーム接合した状態のものを真空中でベーキングしてケースとリッドからガスを十分に放出させ、しかる後に真空中で残された短い周囲部分を完全にシーム接合するものであり、これにより設備全体の大型化やコストアップを招くことなく、また真空吸引能力を高めることなく真空圧力が十分に低レベルに保持される品質の高いパッケージを得ることができる。
【0020】
図1により本発明の一実施例について説明を行う。1は、図2で示したケースとリッドとの組み合わせと仮付けなどを行う機構18とケースとリッドのY軸方向の2辺をシーム接合するY軸方向接合機構19とに対応する機構を備えた第1のシーム接合チャンバである。第1のシーム接合チャンバ1は、窒素ガス雰囲気又は大気中であり、ここでリッドLは従来と同様にケースCに搭載され位置合わせされる。ここで、図1では簡単化するためにケースCは1列に並べられているだけであるが、実際はX−Y方向にマトリクス状に従来と同様にトレイTに多数個収納されている。これらケースCとリッドLはY軸方向に長く、
Y軸方向と直角のX軸方向に短くなっている。トレイTに搭載されたケースCとリッドLは、第1の一対のテーパー付きローラ状の溶接電極E1とE2を停止させた状態でそれらの間に電流を流して仮付けを先ず行い、次にY軸方向の長辺に沿って第1の一対の溶接電極E1とE2を回動させてケースCとリッドLの長辺をシーム接合する。このケースCとリッドLの長辺のシーム接合では、図3で示したように水分、炭酸ガス、窒素ガスと一酸化炭素、さらには水素ガスなど幾つもの種類のガスが放出される。
【0021】
長辺がシーム接合されたケースCとリッドLはトレイTに載って、ガス量調整弁V1を通して真空ポンプ装置VP1に接続された通常のヒータHを有するベーキング炉2に搬送される。図示していないが、ベーキング炉2の入口側と出口側には小室が設けられており、ケースCとリッドLが載ったトレイTは入口側の小室に搬送される。このとき小室は大気が充満されるので、その小室の設定値まで真空圧力が低くなった後、真空に保持されているベーキング炉2とその小室との間の扉が開いて、Y軸方向の長辺だけシーム接合されたケースCとリッドLが載ったトレイTは、真空のベーキング炉2に搬送される。そこでケースCとリッドLは、予め決められた時間、回路素子の特性に悪影響を与えない温度、例えば230℃−250℃程度の温度で加熱処理され、前述のような水分、炭酸ガス、窒素ガス、一酸化炭素、水素ガスなどが放出される。これら放出されたガスは、前段階のシーム接合ではケースCとリッドLとの長辺だけがシーム接合されているだけで、その短辺は接合されていないので、前段階で放出されたガスと一緒にケースCとリッドLとの短辺側の微小隙間を通して真空のベーキング炉2内に真空吸引され、したがってそれら放出ガスはケースCとリッドLとの中には残留しない。
【0022】
このようにしてベーキング工程が終了すると、トレイTはベーキング炉2と隔離されているが真空雰囲気でつながれている真空のシーム接合チャンバ3に搬送される。この実施例では、ベーキング炉2から取り出されたばかりの高い温度のケースCとリッドLは特に冷却されることなく真空の第2のシーム接合チャンバ3に入れられる。シーム接合チャンバ3もベーキング炉2と同様にガス量調整弁V2を通して真空ポンプ装置VP2に接続されており、所定の真空度を保つようになっている。シーム接合チャンバ3には、第2の一対のテーパー付きローラ状の溶接電極E3とE4とを備えており、X軸方向の短辺に沿って第2の一対のテーパー付きローラ電極E3とE4が回動し、これら電極間に溶接電流を流してケースCとリッドLの短辺をトレイT上でシーム接合する。
【0023】
この際にケースCとリッドLから発生するガスは皆無ではないが、接合距離が短いこと、及び長辺を機構1においてシーム接合したときにガスが放出され、さらにベーキング炉2でのベーキング時にガスが放出されているので、ケースCとリッドLのX軸方向の短辺をシーム接合するときに発生するガス量は、従来に比べて大幅に少ない。したがって、完全に封止されたパッケージ内部は従来のパッケージに比べて真空度が高く、またシーム接合チャンバ3内へのガスの放出が極めて微少であるので、このことが真空能力を増大することなくパッケージ内部の真空特性を更に良好なものとしており、パッケージの品質を大幅に向上させている。そして、トレイT上ですべてのケースCとリッドLの短辺のシーム接合が終了してパッケージが形成されると、トレイTはパッケージを載せた状態でシーム接合チャンバ3の出口側に設けられた図示しない小室を通して、シーム接合チャンバ3の真空圧力が上昇しないように、外部に取り出される。
【0024】
次に、正方形のケースとリッドをシーム接合する実施例について、図1を利用して説明する。正方形のケースとリッドの仮付けは前述と同様に行われ、正方形のケースとリッドのY軸方向の相対する二辺は第1の一対の溶接電極E1とE2によりシーム接合され、それが済むと、正方形のケースとリッドはトレイごと90度回転し、他方の二辺を途中まで、例えば半分ないしは3/4程度までシーム接合する。その正方形のケースとリッドの部分的なシーム接合が行われると、その隣の次の正方形のケースとリッドのY軸方向の二辺が一対の溶接電極E3とE4に合わされ、前述と同様にシーム接合が行われる。
【0025】
このように次々とシーム接合されて、トレイT上のすべてのケースとリッドの部分的な接合が行われると、トレイTは前述のようにベーキング炉2に送られてベーキングされ、前述と同様にしてシーム接合チャンバ3に搬送される。シーム接合チャンバ3では第2の一対の溶接電極E3とE4が前記正方形のケースとリッドの接合されていない短い部分をシーム接合する。このシーム接合では、機構1でシーム接合されなかった部分に比べてその両側に幾分範囲を広げて、つまり両側では2度シーム接合されるよう電極E3とE4は動き、封止を確実なものにする。
【0026】
次に、丸形のケース、リッドをシーム接合する実施例について、図1を利用して説明する。丸形のケースとリッドの仮付けは前述と同様に行われ、丸形のケースとリッドの場合には仮付けした後、最初から丸形のケースとリッドをその中心点を中心に回転させ、その周囲の半分以上をシーム接合する。好ましくは、300度程度回転させ、このステップで全円周の5/6程度をシーム接合する。その後、一旦回転した角度だけ逆に回転して元の位置に戻り、トレイTが移動して、次に接合される隣の丸形のケースとリッドが一対の溶接電極E1とE2に合わされ、前述と同様にシーム接合が行われる。このシーム接合は大気中又は窒素ガス雰囲気中で行われる。
【0027】
すべてのケースとリッドが接合されると、トレイTは前述のように真空のベーキング炉2に送られてベーキングされ、次に前述と同様にしてシーム接合チャンバ3に搬送される。シーム接合チャンバ3では第2の溶接電極E3とE4が前記丸形のケースとリッドの接合されていない部分のシーム接合する。このシーム接合では、機構1でシーム接合されなかった部分に比べてその両側に幾分範囲を広げて、つまり両側では2度シーム接合されるよう前記丸形のケースとリッドを回転させ、封止を確実なものにする。
【0028】
また、本発明の別の一実施例では、ケースとリッドとを仮付けし、真空中でベーキングを行った後で、窒素雰囲気中でケースとリッドの周囲の一部分を残してシーム接合する第1のシーム接合工程と、この第1のシーム接合工程が済んだ後に窒素ガス中から真空中に搬送してその真空中でその残された周囲部分をシーム接合する第2のシーム接合工程とを有する。この方法は、ベーキング炉と第2の接合工程を行うシーム接合チャンバとの間を真空雰囲気で接続する必要が無いので、この部分ではコスト的に有利である。
なお、以上の記述でケースとシームを回転させた実施例があるが、ケースとシームを回転させずに溶接電極E1、E2を回転させても良い。
【0029】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は真空のシーム接合チャンバを小型化することができ、生産性を低下させることなくリッドとケースとを完全に封止した後のパッケージ内のガス量をできる限り少なくし、高品質のパッケージを提供し得るシーム接合方法及び装置を提供する
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明にかかるシーム接合方法及び接合装置を説明するための図である。
【図2】 従来のシーム接合方法及び接合装置を説明するための図である。
【図3】 パッケージのリッドから放出されるガス量と処理温度との関係を示す図である。
【符号の説明】
1−第1のシーム接合チャンバ
2−ベーキング炉
3−第2のシーム接合チャンバ
C−パッケージのケース
L−パッケージのリッド
T−トレイ
E1、E2−第1の溶接電極
E3、E4−第2の溶接電極
VP1、VP2−第1、第2の真空ポンプ
V1、V2−ガス量調整弁
Claims (8)
- パッケージのケースとリッドとをシーム接合する方法であって、
前記パッケージの前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までをシーム接合する第1のシーム接合工程を大気中又は窒素雰囲気中で行い、前記パッケージの前記ケースを加熱処理するベーキング工程を真空中で行い、しかる後に前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分をシーム接合する第2のシーム接合工程を真空中で行うことを特徴とするシーム接合方法。 - パッケージのケースとリッドとをシーム接合する方法であって、
前記パッケージの前記ケースを加熱処理するベーキング工程を真空中で行い、前記ベーキング工程で加熱処理された前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までをシーム接合する第1のシーム接合工程を窒素雰囲気中で行い、しかる後に前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分をシーム接合する第2のシーム接合工程を真空中で行うことを特徴とするシーム接合方法。 - 請求項1又は請求項2において、
前記第2のシーム接合工程でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さは、前記第1のシーム接合工程でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さと同等若しくは短いことを特徴とするシーム接合方法。 - 前記第1のシーム接合工程よりも前に前記ケースと前記リッドとを仮付けすることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のシーム接合方法。
- パッケージのケースとリッドとをシーム接合する装置であって、
前記パッケージの前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までを大気中又は窒素雰囲気中でシーム接合する第1のシーム接合機構と、前記パッケージの前記ケースを真空中で加熱処理するベーキング炉と、前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分を真空中でシーム接合する第2のシーム接合機構と、を有することを特徴とするシーム接合装置。 - パッケージのケースとリッドとをシーム接合する装置であって、
前記パッケージの前記ケースを真空中で加熱処理するベーキング炉と、前記ベーキング炉で加熱処理された前記ケースと前記リッドとの周囲を前記周囲の全長のうちの途中までを窒素雰囲気中でシーム接合する第1のシーム接合機構と、前記ケースと前記リッドとの前記周囲の他のシーム接合されていない周囲部分を真空中でシーム接合する第2のシーム接合機構と、を有することを特徴とするシーム接合装置。 - 請求項5又は請求項6において、
前記第2のシーム接合機構でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さは、前記第1のシーム接合機構でシーム接合される前記ケースと前記リッドとの前記周囲の長さと同等若しくは短いことを特徴とするシーム接合装置。 - 前記ケースと前記リッドとがシーム接合されるよりも前に前記ケースと前記リッドとが仮付けされることを特徴とする請求項5から請求項7のいずれかに記載のシーム接合装置。
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